COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UM MCI GERADAS POR COMBUSTÍVEIS DE POSTOS DE ABASTECIMENTO DIFERENTES.

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1 COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UM MCI GERADAS POR COMBUSTÍVEIS DE POSTOS DE ABASTECIMENTO DIFERENTES. R. Andrés 1, C. Miguel 2, A. Renan 3, P. Thiago 4 Universidade de engenharia Mecânica Universidade Santa Cecília R. Oswaldo Cruz n.277, Santos, Brasil s: Andres.Robinson@me.com¹, Miguelcmwork@gmail.com² Renan42alves@gmail.com³, Thiago_Pongelupe@hotmail.com 4. RESUMO O objetivo deste trabalho é fazer a comparação das curvas características, geradas por um motor de combustão interna ciclo Otto com combustíveis de postos de abastecimento diferentes. Utilizando um módulo didático do laboratório de motores de combustão interna da Universidade Santa Cecília. Baseado no sistema de freio Foucault, o módulo didático é composto por um motor monocilíndrico ciclo Otto a quatro tempos, acoplado a um gerador elétrico ligado a um painel de resistência elétricas, que funcionam como freio que determinam as cargas que são exigidas no motor através dos resultados de força que são visualizados em um dinamómetro. Executados os ensaios e observando o traçado das curvas de cada posto, são realizadas comparações do comportamento do motor durante o ensaio, verificando qual combustível desenvolveu o melhor desempenho em função do número de cargas exigidas, trabalhando com o motor à plena carga até a máxima carga disponível, de forma que o esforço executado aumente o torque mantenha a rotação constante. Finalizados os experimentos, através de uma análise gráfica, busca-se o menor intervalo de pressão média efetiva, dentre o qual um motor pode executar com os maiores valores de torque e potência para uma mesma rotação. Palavras Chave: Gasolina; Otto; Curva característica;

2 1. INTRODUÇÃO O objetivo deste trabalho foi analisar as curvas caracteristicas de gasolinas de diferentes postos de abastecimento Motores de combustão interna São Máquinas Térmicas Motoras nas quais a energia química dos combustíveis se transforma em trabalho mecânico (o fluido de trabalho consiste nos produtos da combustão). Os motores podem ser classificados quanto ao seu tipo de ignição, ciclo de trabalho, número de cilindros, disposição de cilindros, tipo de uso (Estacionários, industriais, marítimos ou veiculares) e quanto à propriedade do gás na adimissão (Ar para Diesel e mistura ar-combustível para Otto) Tipos de Gasolina A gasolina é um combustível composto por Hidrocarbonetos (apenas átomos de carbono e hidrogênio) e por produtos oxigenados em menor quantidade. Além disso, a gasolina também pode conter compostos de enxofre e outros de nitrogênio. Gasolina Comum: É um combustível que não tem aditivos de limpeza, ela não possui substâncias que protegem o motor. A Gasolina Comum deixa resíduos de combustão depositado sobre às válvulas de admissão do motor, comprometendo as misturas entre ar e combustível ao longo do tempo. A sujeira pode comprometer o funcionamento do veículo, resultando num aumento de consumo. Gasolina Aditivada: É um tipo de gasolina com aditivos e dispersantes químicos que ajudam na limpeza do motor. Gasolina Premium: Com a principal diferença que está no teor de octanagem, super alta, a gasolina tipo Premium também possui aditivos e dispersantes que ajudam na conservação e limpeza do motor. Porém, esse tipo de combustível terá efeito significativo somente em motores que necessitam de alta compressão.

3 POTÊNCIA NO EFETIVA - Ne (cv) CONSUMO ESPECÍFICO - Ce (kg/h.cv) 1.3. Curvas características de motores As curvas características servem como parâmetros de comparação entre comportamento do torque, potência e consumo de combustível, pressão, temperatura em função da rotação dos motores ou das cargas parcialmente exigidas ou de ambas as situações juntas. A figura demonstra a variação da potência (CV) e consumo específico de combustível (Kg/h.CV) de um motor em função da rotação (rpm). Curvas Características de um Motor E E-19 Rotação n (rpm) Ne (cv) Ce (kg/h.cv) Figura1 Exemplo de diagrama de Potência efetiva e Consumo específico em função da Rotação. 2. MÓDULO DIDÁTICO PARA ENSAIO Um módulo didático já existente na instituição foi utilizado para realizar ensaios a fim de plotar as curvas características. A partir dos dados obtidos nesse módulo didático, puderam ser aplicadas as seguintes equações a fim de serem plotados os gráficos com suas respectivas curvas características:

4 2.1. Torque e potência efetiva É a potência no eixo do motor e pode ser relacionada pelo produto entre o torque(t) e velocidade angular(ω) do eixo em rad/s, onde n é a rotação(rpm), b é o braço(m) e F a força(kgf). N e = T. ω = T. 2π. n (1) N e = 2π. b. F. n (2) 2.2. Calor fornecido Por ser uma máquina térmica, o motor de combustão produz potência através da mistura arcombustível. No caso, o calor fornecido é obtido do produto do poder calorífico inferior com a massa de combustível. Q = m c. pci (3) 2.3. Consumo específico É a relação entre a massa de combustível consumida e a potência efetiva (kg/cv.h e kg/kwh respectivamente). C e = m c N e (4) A potência efetiva é medida no dinamômetro e o consumo de combustível é medido de diferentes maneiras, gravimétrica ou volumétricamente.

5 Registrando-se o tempo necessário para consumir o combustível contido no volume calibrado. Pode-se concluir que: V c = Vc t (5) Onde ρ c é a massa específica do combustível. m c = ρ c. V c t (6) A medição gravimétrica é mais vantajosa, pois considera a variação da massa específica do combustível considerando a variação da temperatura. É geralmente feita pela medição do tempo necessário para o consumo de uma massa definida. 2.4 Pressão média efetiva Os mesmos conceitos são utilizados para a definição da pressão média efetiva que é calculada pela equação (7) a seguir, considerando x como o número de revoluções da biela. Ou seja, para um motor 4 tempos, x = 2. P me = x.n e V.n (7) 3. MATERIAIS Módulo para análise de curvas de combustão; Gasolina Comum (15 litros); EPI descartável; Gasolina tipo Aditivada (15 litros); Um Cronômetro;

6 4. METODOLOGIA Anteriormente ao ensaio, foi definida a rotação na qual foram coletados os dados. Para gasolina tipo comum, 3000 rpm, e para gasolina tipo Premium, 2300 rpm. As rotações foram escolhidas de acordo com a vibração do módulo didático. Rotações que fazem o módulo vibrar, podem ter alterações signifiativas nos dados coletados, portanto, foram escolhidas rotações onde o módulo se manteve estável. Durante o ensaio, os pontos das curvas características foram coletados em um intervalo volumétrico de 10 cm³ retirados de uma coluna milimetrada de seção constante do módulo didático, preenchida de gasolina. Esta gasolina é fornecida ao motor durante a combustão. Utilizando um cronômetro, foi possível obter o tempo necessário para o consumo citado. Para cada 10 cm³ de gasolina consumida pelo motor, 2 cargas de resistência foram adcionadas e então deve acontecer uma pausa até que a rotação seja novamente ajustada até a desejada (o motor perde rotação, por isso ajusta-se manualmente no módulo). Os dados foram coletados com intervalo de 2 em 2 cargas indo de 0 a 10 (plena carga). Após serem realizados ensaios para gasolina comum e Premium, foram plotadas suas respectivas curvas características. A fim de credibilizar os resultados do presente artigo, os ensaios foram realizados diversas vezes sendo assim possível selecionar os melhores padrões de curvas para o atual artigo. Foram plotadas as curvas características para gasolinas de postos de abastecimento diferentes, que, por sua vez, são diferenciados como posto A e posto B.

7 Torque Pontência Efetiva Consumo Específico Pressão Média Efetiva 5. Resultados Gasolina tipo Comum posto A Tabela1: Coleta de dados com fórmulas aplicadas para gasolina comum posto A (3000 rpm) Carga F T Ne Δt ṁc Ce Qc Pme nº (kgf) (kgf.m) (cv) (s) (kg/h) (kg/h.cv) kgf.m/s (kgf/cm²) 0 1 0,202 0, , , , , ,1 0,2222 0, ,54 0, , , ,4 0,2828 1, , , , , ,7 0,3434 1, , , , , ,8 0,3636 1, ,81 0, , , ,1 0,4242 1, , , , , Gráfico1: Curvas características em cargas parciais do posto A para gasolina comum (3000 rpm) Curvas Caracteríscas em cargas parciais Posto A Nº de Cargas T (kgf.m) Ne (cv) Ce (kg/h.cv) Pme (kgf/cm²)

8 Torque Pontência Efetiva Consumo Específico Pressão Média Efetiva Gasolina tipo Comum posto B Tabela2: Coleta de dados com fórmulas aplicadas para gasolina comum posto B (3000 rpm) Carga F T Ne Δt ṁc Ce Qc Pme nº (kgf) (kgf.m) (cv) (s) (kg/h) (kg/h.cv) kgf.m/s (kgf/cm²) 0 1 0,202 0, , , , , ,1 0,2222 0, , , , , ,3 0,2626 1, , , , , ,5 0,303 1, ,72 0, ,385 2, ,6 0,3232 1, ,72 0, ,385 2, ,1 0,4242 1, ,5 0, , , , Gráfico2: Curvas características em cargas parciais do posto B para gasolina comum (3000rpm) Curvas Caracteríscas em cargas parciais Posto B Nº de Cargas T (kgf.m) Ne (cv) Ce (kg/h.cv) Pme (kgf/cm²)

9 Torque Pontência Efetiva Consumo Específico Pressão Média Efetiva Gasolina tipo Premium posto A Tabela3: Coleta de dados com fórmulas aplicadas para gasolina Premium posto A (2300 rpm) Carga F T Ne Δt ṁc Ce Qc Pme nº (kgf) (kgf.m) (cv) (s) (kg/h) (kg/h.cv) kgf.m/s (kgf/cm²) 0 1,8 0,3636 1, ,432 0, ,031 2, ,4 0,4848 1, ,03 0, , , , ,7 0,5454 1, ,53 0, , , , ,606 1, ,41 0, , , , ,3 0,6666 2, ,35 0, , , , ,6 0,7272 2, ,93 0, , ,1421 4, Gráfico3: Curvas características em cargas parciais do posto A para gasolina Premium (2300 rpm) Curvas características em cargas parciais posto A Título do Eixo T (kgf.m) Ne (cv) Pme (kgf/cm²) Ce (kg/h.cv)

10 Torque Pontência Efetiva Consumo Específico Pressão Média Efetiva Gasolina tipo Premium posto B Tabela4: Coleta de dados com fórmulas aplicadas para gasolina Premium posto B (2300 rpm) Carga F T Ne Δt ṁc Ce Qc Pme nº (kgf) (kgf.m) (cv) (s) (kg/h) (kg/h.cv) kgf.m/s (kgf/cm²) 0 1,6 0,3232 1, ,25 0, , , , ,404 1, ,3 0, , , , ,2 0,4444 1, ,38 0, , , , ,5 0,505 1, ,2 0, , ,5069 3, ,606 1, ,36 0, , , , ,4 0,6868 2, ,1 0, , , , Gráfico4: Curvas características em cargas parciais do posto B para gasolina Premium (2300 rpm) Curvas características em cargas parciais Posto B T (kgf.m) Ne (cv) Ce (kg/h.cv) Pme (kgf/cm²)

11 6. CONCLUSÃO Através dos resultados obtidos, foi possível concluir que diferentes postos de abastecimento podem apresentar grandes diferenças quanto à qualidade da gasolina. Isto é possível por conta de alterações nos componentes químicos, qualidade do lote ou até mesmo pelo tempo de armazenamento que foi mantido o lote. Para gasolina tipo comum, apesar dos combustíveis terem origens diferentes, foram exibidas pequenas diferenças numéricas, mas que não comprometem nenhum fator de qualidade das gasolinas. Já para a gasolina tipo Premium, nota-se no gráfico que a Pressão média efetiva (Pme) e a força (F) exercida pelo motor com o combustível A foram visivelmente maiores que o combustível B, sendo que o Consumo específico (Ce) de ambas, númericamente, continua muito próximo. Notase também que o torque (T) tem um pequeno aumento numérico. A longo prazo, pode-se afirmar que o combustível do posto A tem um melhor custo-benefício que o comprado no posto B. 7. REFERÊNCIAS BRUNETTI, Franco. Motores de Combustão Interna. São Paulo: Edgar Blücher Ltda, OBERT, Edward. F. Motores de Combustão interna. Porto alegre: Editora Globo, Agradecimentos Agradecemos ao coordenador de Engenharia Mecânica da Universidade Santa Cecília, Dr. Carlos Alberto do Amaral Moino, sempre presente na nossa jornada acadêmica, assim como os técnicos do laboratório de engenharia, Sérgio Giangiulio, Ricardo Steger Giangiulio e Irineu Penha. Agradecimentos aos alunos responsáveis pela construção do módulo didático, que tornou possível os ensaios, Nicholas Simões Almeida e Renan Alves da Silva. Também agradecemos ao aluno Fernando Sprovieri Cipoleta, por nos orientar durante os ensaios, nos ensinando métodos mais eficazes e alertando quanto à possíveis erros e como evitá-los.